JPH11163036A

JPH11163036A - バンプ形成方法、はんだ接合用前処理方法、はんだ接合方法、バンプ形成装置、はんだ接合用前処理装置およびはんだ接合装置

Info

Publication number: JPH11163036A
Application number: JP26219598A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Furuno; 雅彦古野; Tsugunori Masuda; 二紀増田; Hideo Aoki; 秀夫青木; Kazuhide Doi; 一英土井
Original assignee: Toshiba Corp; Tamura Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Tamura Corp
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】電子部品の小型化にともなう部品電極のはん
だバンプ形成に関して、安価な軟質はんだ合金を用い
て、融材を使用しないため洗浄工程が不要で、信頼性面
でも優れたバンプ形電極端子を形成するバンプ形成方法
を提供する。【解決手段】真空チャンバ12内のプラズマ発生手段21
に対しガス供給手段31よりプロセスガスを供給しなが
ら、プラズマ発生手段21により低圧下で水素含有プラズ
マを発生させる。この水素含有プラズマ中に処理対象物
曝し手段15により保持した処理対象物11の表面の軟質は
んだ合金を曝して、水素含有プラズマを照射する。この
照射と同時にまたは連続的に、軟質はんだ合金を加熱手
段36により真空中でリフローする。これにより、処理対
象物11の表面の軟質はんだ合金により、接続端子となる
はんだバンプを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械的かつ電気的
接続端子となるはんだバンプを形成するバンプ形成方
法、このバンプ形成方法と技術的に関連するはんだ接合
用前処理方法、このはんだ接合用前処理方法を発展させ
たはんだ接合方法、これらの方法を実施するためのバン
プ形成装置、はんだ接合用前処理装置およびはんだ接合
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体に代表される微細加工が施
されたベアチップ等は、プリント回路基板に実装し易い
ようにバーケージングされている。一般にはベアチップ
に設けられた電極パッド部はワイヤーによってリードフ
レームのインナーリード部に接続され、樹脂またはセラ
ミックで封止され、外部に伸びたアウターリード部をプ
リント回路基板の実装面への機械的・電気的接続端子と
していた。

【０００３】しかし、昨今の急速な電子機器の軽薄短小
化と高速化に伴い、電子部品も小型化および高速化対応
が迫られている。その一例としてパッケージの４辺にリ
ードを配したクオードフラットパッケージ（ＱＦＰ）と
呼ばれる半導体パッケージは、そのリードピッチを０．
６５ｍｍから０．４ｍｍへと狭ピッチ化することが進め
られてきたが、更なる小型化対応の為に表面実装型のエ
リアアレイパッケージの開発が盛んに進められている。

【０００４】エリアアレイパッケージとは、パッケージ
の底面に格子状に電極を配置したもので、辺から面への
電極の配置変更により小型多ピン化が可能である。また
プリント回路基板との接続用端子はリードフレームから
電極上に形成された突起状の端子（バンプ）へと変化し
た。

【０００５】パッケージ内部の配線もワイヤーからチッ
プ電極部に形成されたバンプを用いたフリップチップ接
合が必要となっている。これはワイヤーの持つインタク
タンス成分等が高速化における障害となると共に、同時
スイッチングノイズによる動作不良等の問題を引き起こ
すためである。

【０００６】エリアアレイパッケージとしては、ＱＦＰ
の代替となるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）やさらに
チップ寸法と同程度までに小型化したチップスケールパ
ッケージ（ＣＳＰ）がある。

【０００７】一方、ベアチップを直接プリント基板に実
装するフリップチップアタッチ（ＦＣＡ）技術も一部実
用化されている。

【０００８】これらの電子部品の端子には、従来のリー
ドフレームからバンプ形状の端子が設けられるが、主た
るものは、従来のプリント回路基板の生産工法である一
括リフロー工程に対応可能なはんだバンプが用いられて
いる。

【０００９】次に、従来から、バンプ形成技術に関して
は幾つかの方法が提案されている。大別すると金ワイヤ
ーを使う方法とはんだ合金を使う方法である。

【００１０】金ワイヤーを使う方法としては、九州松下
電器株式会社が提案するスタッドバンプボンディング
（ＳＢＢ）技術（IEMT'93 pp.362-365 1993 ）や、日本
電気株式会社が提案するプレスコンタクト技術（Mate'9
7 Microjoining and AssemblyTechnology in Electroni
cs pp.15-18 1997 ）がある。

【００１１】共に金ワイヤーを用いてベアチップの電極
側にワイヤーボンターで金のバンプを形成する。基板側
との接続には、ＳＢＢ技術では銀ペーストを介して行
い、プレスコンタクト技術では、アンダーフィル樹脂の
収縮応力だけで金バンプと基板側電極パッドとの接触を
維持している。

【００１２】これらの技術に共通する問題点は、１）金ワイヤーをワイヤーボンダーを用いてベアチップ
の電極パッドに１個ずつ打って形成するためバンプ形成
に時間がかかる。

【００１３】２）高価な金を使用するため、１バンプ当
りのコストが高い。

【００１４】３）他の表面実装部品との一括リフローが
できず、プリント回路基板への個別実装となる。

【００１５】また、プレスコンタクト技術では、各金バ
ンプの高さバラツキ精度と、基板の平坦度が、実装性つ
まり確実な電気的接続に大きく影響し、製品の歩留り上
の大きな問題となる。

【００１６】次に、はんだ合金を用いる方法がある。こ
れらには、規格値内のはんだボールをベアチップ上の融
材（以下、この融材を「フラックス」という）を塗布し
た電極パッド上に配置し、リフローしてバンプを形成す
る方法が一般的で、ＢＧＡ用にはんだボールは既に供給
されている。

【００１７】また、日本電気株式会社はマイクロパンチ
ング技術を用い、はんだテープを打ち抜いて、ベアチッ
プ上のフラックスを塗布した電極パッド上にはんだピー
スを置き、リフローしてバンプを形成する方法を提案し
ている（'95 Japan IEMT Symposium pp.117-120 ）。

【００１８】さらに、日立テクノエンジニアリング株式
会社のソルダーペースト印刷法（Mate'97 Microjoining
and Assembly Technology in Electronics PP.19-22）
や、株式会社東芝のメッキ法（Mate'97 Microjoining a
nd Assembly Technology inElectronics PP.23-28）等
が提案されている。

【００１９】これらは、何等かの形で電極パッド上には
んだ合金を設けてリフローしてはんだバンプを形成する
方法で、このリフロー時には必ずフラックスを用い、後
で洗浄してフラックスを除去している。

【００２０】すなわち、はんだバンプを形成する方法で
は、フラックスが必須であり、その結果洗浄工程が不可
欠となる。洗浄はその度合でフラックス残渣を生じ、電
子部品の信頼性に著しい影響を及ぼす。

【００２１】したがって、洗浄工程では洗浄能力の高い
代替フロン等を使わざる得ない等、地球環境に依然負荷
を及ぽす工程が必要となる他、高い設備および廃液処理
等、製造コストを大幅に増大させている。

【００２２】また、関連特許出願には、特開昭６３−２
９３９５２号公報、特開平１−１４８４８１号公報、特
開平５−５０００２６号公報に示される技術がある。

【００２３】特開昭６３−２９３９５２号公報には、電
極部に設けたはんだを真空下で、加熱溶融する際に、水
素プラズマ還元により表面の酸化物を除去する方法が示
されている。

【００２４】しかし、水素還元はベアチップのパッシベ
ーション膜を損傷する。また水素ガスを用いるため爆発
の危険があり、排ガスに対する対策が必須でありコスト
高となる。

【００２５】特開平１−１４８４８１号公報には、アル
ゴンプラズマによる酸化物除去方法が示されている。

【００２６】しかし、平坦な表面同士を加熱接合する場
合に限られ、バンプ形成には適応できない。またアルゴ
ンプラズマによる処理では、試験の結果、良好なバンプ
形成ができないことを確認している。

【００２７】また、アルゴンガスへの過剰な水素添加
は、そのプラズマによってはんだ組織の中で、錫に富む
相を選択的に著しくエッチングし、はんだバンプの表面
を損傷することが我々の実験で明らかになっており、水
素添加量は１０％以下に抑えることが望ましい。

【００２８】さらに、チャンバ内の初期真空度を１０^-5
Ｔｏｒｒ程度まで下げる必要があり、装置コストが非常
に高くつく。また油拡散ポンプを使用する場合、油によ
る汚染が問題となる。

【００２９】特開平５−５０００２６号公報には、弗素
含有プラズマによるはんだ表面の弗化処理により、はん
だ付けの際に濡れを阻害する酸化膜を除去する方法が示
されている。

【００３０】しかし、弗素プラズマは珪素ならびにパッ
シベーション膜を腐食する。また、反応生成物である四
弗化珪素は、時には、はんだバンプと反応し、はんだバ
ンプを損傷する。さらに、弗素の残留はその程度により
信頼性に大きく影響する。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の金
ワイヤーを使う方法は、時間およびコストがかかるとと
もに基板実装上の問題などがあり、また、従来のはんだ
合金を使う方法は、融材を用いる必要があるため、その
後洗浄に伴う問題があり、さらに、従来のプラズマ処理
方法には、はんだバンプの形成に適するものがない。

【００３２】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、電子部品の小型化にともなう部品電極端子として
のはんだバンプ形成に関して、安価な軟質はんだ合金を
用いて、融材を使用しないため後洗浄工程が不要で、信
頼性面でも優れたはんだバンプを形成できるフラックス
レスのバンプ形成方法およびバンプ形成装置と、同様の
課題を解決できるはんだ接合用前処理方法およびはんだ
接合用前処理装置と、これらを発展させたはんだ接合方
法およびはんだ接合装置を提供することを目的とする。

【００３３】

【課題を解決するための手段】本発明のバンプ形成方法
は、処理対象物の表面に軟質はんだ合金を堆積し、この
堆積された軟質はんだ合金に少なくとも水素含有プラズ
マを照射し、少なくとも水素含有プラズマが照射された
軟質はんだ合金をリフローして処理対象物の表面に接続
端子となるはんだバンプを形成する方法である。

【００３４】このように、堆積した軟質はんだ合金に水
素含有プラズマを照射し、軟質はんだ合金中の水酸化物
や酸化物を除去するから、リフロー時に融材を必要とす
ることなく、機械的・電気的接続端子としてのバンプを
形成する。

【００３５】前記バンプ形成方法において、真空中で、
水素含有プラズマの照射およびリフローを、同時もしく
は連続して行う。

【００３６】これにより、品質および生産性の向上を図
ることができる。特に、真空中でリフローすることによ
り、リフロー時の軟質はんだ合金の再酸化を防ぐことが
可能である。また、真空中でプラズマ照射とリフローと
を同時処理もしくは連続処理することにより、品質およ
び生産性の向上を図れる。

【００３７】前記バンプ形成方法において、リフロー
を、窒素雰囲気などの不活性ガス雰囲気中および還元性
雰囲気中の一方で行う。

【００３８】これにより、リフロー時の軟質はんだ合金
の再酸化を防ぐことができ、品質の向上を図れる。

【００３９】前記バンプ形成方法において、軟質はんだ
合金に水素含有プラズマを、室温を含む軟質はんだ合金
の融点以下で照射する。

【００４０】これにより、軟質はんだ合金のプラズマ処
理工程とリフロー工程とを明確に区別して、各工程を適
切に行うことができる。

【００４１】前記バンプ形成方法において、水素含有プ
ラズマ発生用のプロセスガスを、不活性ガスと、水素分
子換算で３容量％以上８容量％未満の水素含有率の水素
ガスとを含む混合ガスとする。

【００４２】そして、不活性ガスと、水素または水素含
有ガスとを別々に供給した混合ガス、または予め混合し
ておいた混合ガスを用いて、プラズマを照射する。不活
性ガスに水素ガスを３容量％以上８容量％未満添加した
混合ガスをプロセスガスとすることにより、高いプラズ
マ処理効果が得られ、また、安全性やコスト等の点でも
望ましい。すなわち、水素含有率を３容量％以上とする
ことにより、軟質はんだ合金中の水酸化物や酸化物の除
去効果を確保でき、水素含有率を８容量％未満とするこ
とにより、安全性を確保できるとともに排ガス処理の必
要性をなくすことができる。

【００４３】前記バンプ形成方法において、プラズマ照
射時間を２分未満とする。この２分未満のプラズマ照射
で、軟質はんだ合金を十分に改質処理して、良好なはん
だバンプを形成できるとともに、処理対象物に損傷を与
えることを防止できる。

【００４４】前記バンプ形成方法において、リフローを
真空中で輻射加熱により行う。この輻射加熱により真空
中でも効果的なリフロー加熱を行える。

【００４５】前記バンプ形成方法は、水素含有プラズマ
の照射後に、弗素含有プラズマを照射する。

【００４６】これにより、シリコンウエハなどの処理対
象物上に形成された微細回路の保護膜であるパッシベー
ション膜の損傷を抑えることができ、例えば、酸化珪素
や窒化珪素などのエッチングや有機膜の灰化を抑制でき
る。

【００４７】前記バンプ形成方法において、弗素含有プ
ラズマは、アルゴンおよび酸素の少なくとも一方を含
む。

【００４８】この水素含有プラズマ照射後の弗素含有プ
ラズマにより、表面処理の短時間化を図ることができ、
パッシベーション膜の損傷を抑制することが可能とな
る。

【００４９】前記バンプ形成方法において、弗素含有プ
ラズマの照射時間を６０秒以内とし、弗素含有プラズマ
の照射温度を室温を含む軟質はんだ合金の融点以下とす
る。

【００５０】この水素含有プラズマ照射後の弗素含有プ
ラズマの照射時間と照射温度とにより、表面処理の短時
間化を図れるとともに、パッシベーション膜の損傷を抑
制することが可能となる。

【００５１】前記バンプ形成方法において、リフローに
当って処理対象物を１００℃以下で予加熱する。

【００５２】これにより、改質された処理対象物の表面
がリフロー時に変質するおそれを防ぐことが可能であ
る。これは、処理対象物および接合相手物の表面間を接
合する際の接合性を向上させることが可能となる。

【００５３】前記バンプ形成方法におけるリフロー後
に、再度、水素含有プラズマを照射する。

【００５４】このリフロー後に再度プラズマ照射する
と、溶融時に表面に新たに露出した僅かな酸化物等の不
純物を除去し、より清浄な表面を有するバンプを形成す
ることが可能である。

【００５５】また、本発明のはんだ接合方法は、前記バ
ンプ形成方法におけるリフロー時に、処理対象物の表面
の軟質はんだ合金を接合相手物の表面に接触させ、処理
対象物の表面と接合相手物の表面とをはんだ接合する方
法である。

【００５６】このように、プラズマ照射により改質処理
された処理対象物の軟質はんだ合金の表面と、接合相手
物の表面とを接触させ、これらをリフロー加熱すること
で、後洗浄を必要とする融材を用いることなく、バンプ
を形成するとともに、はんだ接合が可能となる。

【００５７】本発明のバンプ形成装置は、処理対象物の
表面に設けられた軟質はんだ合金により接続端子となる
はんだバンプを形成するものであって、低圧下で少なく
とも水素含有プラズマを発生させるプラズマ発生手段
と、このプラズマ発生手段にプロセスガスを供給するガ
ス供給手段と、少なくとも水素含有プラズマ中に処理対
象物の表面の軟質はんだ合金を曝す処理対象物曝し手段
と、軟質はんだ合金を真空中でリフローする加熱手段と
を具備した装置である。

【００５８】このように、水素含有プラズマのプラズマ
発生手段、プロセスガスのガス供給手段および水素含有
プラズマ中に処理対象物を曝す処理対象物曝し手段によ
り、処理対象物の軟質はんだ合金に水素含有プラズマを
照射して、軟質はんだ合金中の水酸化物や酸化物を除去
できる。さらに、加熱手段により真空中でリフローする
ことにより、リフロー時の軟質はんだ合金の再酸化を防
止できる。

【００５９】前記バンプ形成装置において、前記プラズ
マ発生手段は、高周波電源と、この高周波電源に接続さ
れプラズマを生成する電極とを備え、この電極は、プロ
セスガスの供給を受ける中空の電極本体と、この電極本
体の処理対象物とは反対側に穿設されたプロセスガスの
供給口と、電極本体の供給口側から反対側に貫通形成さ
れた貫通穴とを具備した装置である。

【００６０】これにより、処理対象物と反対側の供給口
から噴出したプロセスガスにより発生したプラズマのイ
オンが貫通穴を通過するときに、このイオンを、イオン
トラップ用のエッチトンネル穴として機能する貫通穴に
より捕捉除去でき、処理対象物に対してイオンが衝突す
るおそれを防止したので、イオン衝撃によるハードな物
理的エッチングで生じやすい処理対象物のパッシベーシ
ョン膜などの損傷を防止できる。一方、励起状態にあっ
てソフトな化学的反応によりエッチングを行う活性種
は、前記貫通穴を通過させて有効に利用できる。

【００６１】前記バンプ形成装置において、加熱手段
は、処理対象物の裏面を輻射加熱する光源と、この光源
の光束を調整する反射鏡とを具備したものである。

【００６２】これにより、光源の光束を反射鏡により調
整する輻射加熱により、真空中でも処理対象物のみを短
時間で集中的に加熱でき、温度制御も容易にできる。

【００６３】前記バンプ形成装置において、処理対象物
を介してガス供給手段の反対側に設けられ電極間で生成
されたプラズマを処理対象物に運ぶガス流れを形成する
ガス回収手段を具備したものである。

【００６４】そして、ガス供給手段と、処理対象物を介
してガス供給手段の反対側に設けられたガス回収手段と
により、電極間で生成されたプラズマまたはラジカル
（活性種）を処理対象物に運ぶガス流れを形成するよう
にしたから、プラズマ照射を効率良く行うことができ
る。

【００６５】前記バンプ形成装置において、加熱手段
は、プラズマに曝されない位置に設けられた輔射加熱用
の光源と、この光源から処理対象物に至る光路を形成す
る反射板とを具備したものである。

【００６６】これにより、プラズマによる光源などの損
傷または還元のおそれを回避できる。

【００６７】前記バンプ形成装置において、不活性ガス
と、水素分子換算で３容量％以上８容量％未満の水素含
有率の水素ガスとを含む混合ガスをプロセスガスとして
供給するガス供給手段を具備したものである。

【００６８】プロセスガスとしては、水素基を有するガ
スが良く、安全性やコスト等を考慮すると、不活性ガス
と水素ガスとの混合ガスが適当である。特に、処理効果
の観点からは不活性ガスに水素ガスを３容量％以上８容
量％未満添加した混合ガスが望ましい。３容量％以上の
水素含有率によって、軟質はんだ合金中の水酸化物や酸
化物を効果的に除去できる高いプラズマ処理効果が得ら
れるとともに、８容量％未満の水素含有率によって、安
全性を確保できるとともに、排ガス処理の必要性を回避
できる。

【００６９】前記バンプ形成装置において、周波数１
３．５６ＭＨｚおよび２．４５ＧＨｚの一方の高周波電
源を具備したものである。

【００７０】この安価で入手し易い１３．５６ＭＨｚや
２．４５ＧＨｚの高周波電源により、プロセスガスを励
起してプラズマ化する。

【００７１】前記バンプ形成装置において、プラズマ発
生手段は、水素含有プラズマに加えて、アルゴンおよび
酸素の少なくとも一方を含む弗素含有プラズマを発生さ
せるものである。

【００７２】これにより、処理対象物上に形成された保
護膜の損傷を抑え、かつ、はんだ付けに優れた表面に改
質することが可能となり、処理対象物の軟質はんだ合金
と接合相手物の表面とをより高い信頼性で接合すること
が可能となる。

【００７３】本発明のはんだ接合装置は、前記バンプ形
成装置と、プラズマに曝された処理対象物の表面の軟質
はんだ合金と接合相手物の表面とを位置決めして接触さ
せる位置決め手段と、軟質はんだ合金の皮膜をリフロー
して処理対象物の表面と接合相手物の表面とをはんだ接
合する加熱手段とを具備したものである。

【００７４】これにより、プラズマ処理された処理対象
物の表面と接合相手物の表面とを位置決め手段により位
置決めして接触させ、加熱手段により軟質はんだ合金の
皮膜をリフローすることで、後洗浄を必要とする融材を
用いることなく、バンプを形成すると同時のはんだ接合
が可能となる。

【００７５】また、本発明のバンプ形成方法は、処理対
象物上に堆積された軟質はんだ合金の表面を粗面化し、
粗面化された軟質はんだ合金の表面に、弗素を含有する
層を形成する表面改質を施し、表面改質された軟質はん
だ合金をリフローして処理対象物の表面に接続端子とな
るはんだバンプを形成する方法である。

【００７６】さらに、本発明のはんだ接合用前処理方法
は、はんだ接合に当たって、処理対象物に形成された軟
質はんだ合金のはんだバンプの表面を粗面化し、粗面化
されたはんだバンプの表面に、弗素を含有する層を形成
する表面改質を施す前処理方法である。

【００７７】その上、本発明のはんだ接合方法は、処理
対象物に形成された軟質はんだ合金のはんだバンプの表
面を粗面化し、粗面化されたはんだバンプの表面に、弗
素を含有する層を形成する表面改質を施し、粗面化およ
び表面改質を施されたはんだバンプを有する処理対象物
と他の処理対象物とを接触させてリフローすることによ
り、複数の処理対象物をはんだ接合する方法である。こ
の場合、他の処理対象物は、粗面化され表面改質された
はんだバンプを持つものであっても良いし、そうでない
ものも含む。

【００７８】このようなバンプ形成方法、はんだ接合用
前処理方法、はんだ接合方法は、軟質はんだ合金の表面
を粗面化して、その後の表面改質を短時間化すること
で、チップや回路基板などの損傷をなくし、また、表面
改質で形成された弗素を含有する層は、はんだ濡れ性を
良くするとともに、はんだ表面の再酸化を防止するた
め、リフロー工程時にフラックスを必要とせず、このた
め後洗浄工程を排除できる。

【００７９】前記バンプ形成方法、前記はんだ接合用前
処理方法および前記はんだ接合方法における粗面化は、
水素を添加した不活性ガスのプラズマ励起を用いる。

【００８０】前記粗面化における水素の添加量は、３容
量％以上８容量％未満である。

【００８１】前記粗面化における不活性ガスとしてはア
ルゴンを用いる。

【００８２】前記バンプ形成方法、前記はんだ接合用前
処理方法および前記はんだ接合方法における表面改質
は、酸素およびアルゴンの少なくとも一方を添加した弗
素化合物の混合ガスのプラズマ励起を用いる。

【００８３】前記表面改質における弗素化合物は、弗化
炭素系化合物、六弗化硫黄および三弗化窒素の少なくと
も一つである。

【００８４】また、本発明のバンプ形成装置は、処理対
象物上に堆積された軟質はんだ合金の表面を粗面化する
表面粗面化機構と、粗面化された軟質はんだ合金の表面
に弗素を含有する層を形成する表面改質を施す表面改質
機構と、表面改質された軟質はんだ合金をリフローして
処理対象物の表面に接続端子となるはんだバンプを形成
する加熱溶融部とを具備した装置である。

【００８５】さらに、本発明のはんだ接合用前処理装置
は、処理対象物に形成された軟質はんだ合金のはんだバ
ンプの表面を粗面化する表面粗面化機構と、粗面化され
たはんだバンプの表面に弗素を含有する層を形成する表
面改質を施す表面改質機構とを具備した装置である。

【００８６】その上、本発明のはんだ接合装置は、処理
対象物に形成された軟質はんだ合金のはんだバンプの表
面を粗面化する表面粗面化機構と、粗面化されたはんだ
バンプの表面に弗素を含有する層を形成する表面改質を
施す表面改質機構と、粗面化および表面改質を施された
はんだバンプを有する処理対象物と他の処理対象物とを
接触させてリフローすることにより複数の処理対象物を
はんだ接合する加熱溶融部とを具備した装置である。

【００８７】これらのバンプ形成装置、はんだ接合用前
処理装置、はんだ接合装置は、処理対象物上に堆積され
た軟質はんだ合金の表面や、処理対象物に形成された軟
質はんだ合金のはんだバンプの表面を、表面粗面化機構
により粗面化することで、その後の表面改質を短時間化
でき、チップや回路基板などの損傷を防止でき、また、
表面改質機構による表面改質で形成された弗素を含有す
る層は、はんだ濡れ性を良くするとともに、はんだ表面
の再酸化を防止するため、軟質はんだ合金を用いても、
加熱溶融部でのリフロー工程時にフラックスを必要とせ
ず、このため後洗浄工程を排除できる。

【００８８】これらのバンプ形成装置、はんだ接合用前
処理装置およびはんだ接合装置における表面粗面化機構
は、プラズマ励起によって軟質はんだ合金の表面を粗面
化するプラズマ励起機構であり、このプラズマ励起機構
と表面改質機構とを独立した異なる雰囲気下で連続的に
運転するものである。

【００８９】これにより、独立した異なる雰囲気下で、
粗面化と表面改質とが相互に悪影響を及ぼし合うおそれ
を防止できる。

【００９０】前記はんだ接合用前処理装置およびはんだ
接合装置における表面粗面化機構は、軟質はんだ合金の
はんだバンプの表面を機械的に粗面化するもので、確実
性を有する。

【００９１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図１に示された
装置による第１実施形態、図２に示された装置による第
２実施形態、図３に示された装置による第３実施形態、
図４に示された装置による第４実施形態、図６に示され
た装置による第５実施形態、図４に示された装置による
第６実施形態をそれぞれ参照しながら説明する。

【００９２】（第１実施形態）図１は、本発明によるバ
ンプ形成装置の第１実施形態を示す。11は処理対象物と
してのシリコンウエハ（シリコン基板）であり、このシ
リコンウエハ11は、アルミ電極パッド上に、メタライズ
層を介して、軟質はんだ合金としての共晶はんだのメッ
キが施されている。

【００９３】図１（Ａ）に示されるように、シリコンウ
エハ11を挿入して密閉できる真空チャンバ12の中段部に
グラウンドプレート13が機械的に一体に取付けられ、か
つ電気的に接続されている。

【００９４】このグラウンドプレート13の中央部には開
口部14が設けられ、この開口部14の下側縁には、プラズ
マ中にシリコンウエハ11の表面の軟質はんだ合金を曝す
処理対象物曝し手段としての保持治具15が設けられてい
る。この保持治具15は、シリコンウエハ11の周縁部を保
持する。

【００９５】処理対象物曝し手段は、処理対象物を定位
置で保持する保持治具15だけでなく、処理対象物をプラ
ズマ処理中に保持して移動する搬送手段も含む。

【００９６】真空チャンバ12には、ガス回収手段として
の減圧用のロータリポンプ16が流量調整用のスロットル
バルブ17を介して接続され、また、真空チャンバ12内の
圧力を測定するための真空計18が接続されている。

【００９７】このロータリポンプ16によって低圧となっ
た真空チャンバ12内でプラズマを発生させるプラズマ発
生手段21が、真空チャンバ12の内外にわたって設けられ
ている。

【００９８】このプラズマ発生手段21は、真空チャンバ
12内の底板部12a に対し薄箱形の電極22が平行に配置さ
れ、この電極22に高周波電源23の一方が容量性負荷整合
器24を介して接続され、他方が真空チャンバ12に接続さ
れたもので、主として電極22と真空チャンバ12の底板部
12a との間でプラズマが生成される。

【００９９】このプラズマは、水素含有プラズマを用い
るが、必要に応じて弗素含有プラズマを併用してもよ
い。弗素含有プラズマは、アルゴンおよび酸素の少なく
とも一方を含む。

【０１００】電極22は、図１（Ｂ）に示されるように、
内部にプロセスガスの供給を受ける中空の電極本体25に
て、シリコンウエハ11とは反対側（下側）の面板にプロ
セスガスの供給口26が穿設され、また、電極本体25の上
下方向に貫通穴27が形成されている。この貫通穴27は、
プラズマのイオンをトラップするためのエッチトンネル
穴として機能する。

【０１０１】このようなプラズマ発生手段21の電極22に
対し、プロセスガスを供給するガス供給手段31が設けら
れている。

【０１０２】このガス供給手段31は、プロセスガス供給
源32から上記中空の電極22の一端にプロセスガス供給管
33が接続され、このプロセスガス供給管33中に、プロセ
スガス流量制御用のマスフローコントローラ34が設けら
れている。

【０１０３】プロセスガス供給源32から供給されるプロ
セスガスは、不活性ガスと水素または水素含有ガスとの
混合ガスが望ましい。

【０１０４】このプロセスガスの供給を受ける電極22か
ら見て、シリコンウエハ11を介し反対側に、ガス回収手
段としても機能する減圧用のロータリポンプ16およびス
ロットルバルブ17が設けられており、これらの電極22と
ロータリポンプ16との位置関係により、主として電極22
と真空チャンバ12の底板部12a との間で生成されたプラ
ズマまたはラジカルをシリコンウエハ11に運ぶガス流れ
を形成する。

【０１０５】シリコンウエハ11の上側には、シリコンウ
エハ11の軟質はんだ合金をリフローするための加熱手段
36が設けられている。

【０１０６】この加熱手段36は、シリコンウエハ11の裏
面を輻射加熱する光源としてのハロゲンランプ37と、シ
リコンウエハ11に対しハロゲンランプ37の反対側に配置
された光束調整用の反射鏡38と、ハロゲンランプ37に接
続された直流電源39とにより形成されている。

【０１０７】次に、この第１実施形態の作用を説明す
る。

【０１０８】真空チャンバ12内は、ロータリポンプ16に
より０．１〜１Ｔｏｒｒに減圧される。処理対象物とし
てのシリコンウエハ11は、アルミ電極パッド上にメタラ
イズ層を介して共晶はんだのメッキを施したもので、グ
ラウンドプレート13に設けられた保持治具15により保持
固定され、メッキ処理されたはんだ面は下側、つまり高
周波電源23に接続された電極22と対向している。

【０１０９】電極22は、その下面に開口されたプロセス
ガスの供給口26よりシリコンウエハ11とは反対側の真空
チャンバ12の底板部12a に向けてプロセスガスを放出す
る。真空チャンバ12は、グラウンドプレート13とともに
高周波電源23に接続されている。

【０１１０】電極22に穿孔された多数の貫通穴27は、イ
オントラップ用のエッチトンネル穴として機能し、電極
22と真空チャンバ12の底板部12a との間で生成されたプ
ラズマのイオンを捕捉除去する。プラズマは電極22とグ
ラウンドプレート13との間でも弱いながらも発生するた
め、イオンの効果が全く無いわけではない。

【０１１１】このように、電極22にてシリコンウエハ11
とは反対側の供給口26から噴出したプロセスガスにより
発生したプラズマのイオンを多数の貫通穴27で捕捉除去
するから、シリコンウエハ11に対してイオンが衝突する
おそれを防止でき、イオン衝撃によるハードな物理的エ
ッチングで生じやすいシリコンウエハ11のパッシベーシ
ョン膜などの損傷を防止できる。

【０１１２】一方、励起状態にあってソフトな化学的反
応によりエッチングを行うラジカルすなわち活性種は、
電極22の貫通穴27を通過させて有効に利用する。

【０１１３】プラズマ発生用のプロセスガスは、アルゴ
ンと水素または水素含有ガスとの混合ガスであり、マス
フローコントローラ34により流量制御され、電極22に設
けられた供給口26から真空チャンバ12の底板部12a に向
けて供給され、さらに、電極22の貫通穴27を通って上昇
し、シリコンウエハ11を経て真空チャンバ12の上側に設
けられた排気口からスロットルバルブ17を経由してロー
タリポンプ16により排気される。

【０１１４】真空チャンバ12内の圧力は、真空計18にて
モニタしながら、スロットルバルブ17およびマスフロー
コントローラ34の一方または両方によるガス流量制御に
より調整する。

【０１１５】高周波電源23から容量性負荷整合器24を介
して電極22に電力を供給してプラズマを発生させる。

【０１１６】このプラズマをシリコンウエハ11に所定時
間照射した後、プロセスガスの供給を停止し、ハロゲン
ランプ37に直流電源39より電力を印加して、シリコンウ
エハ11を輻射加熱するリフロー工程に入る。

【０１１７】リフロー加熱では、ハロゲンランプ37から
の光は、反射鏡38によりシリコンウエハ11に一様に当た
るよう調整されている。

【０１１８】このリフロー工程は、プラズマ照射した
後、直ちに真空中で加熱することが望ましい。大気に曝
すことによる軟質はんだ合金の表面の再酸化を防止して
品質の向上を図り、真空中でのプラズマ照射およびリフ
ローの連続処理により生産性の向上を図る観点からであ
る。

【０１１９】一方、リフロー加熱時に、不活性ガスを導
入して対流加熱する方法も考えられるが、装置自体が加
熱される、加熱時間がかかる、温度制御が難しい等の問
題があるので、真空中で加熱することが望ましい。

【０１２０】メッキされた軟質はんだ合金の加熱溶融時
に、軟質はんだ合金中に含まれた僅かな液体（吸着ガ
ス）はガス化して外部に放出され、形成されたはんだバ
ンプ内にはボイド（気泡）は残らない。

【０１２１】リフローによりはんだメッキが溶融した後
に、ハロゲンランプ37に対する電力供給を停止して、シ
リコンウエハ11を冷却させる。

【０１２２】この結果、軟質はんだ合金により、シリコ
ンウエハ11の表面に接続端子となる球形のはんだバンプ
が形成される。

【０１２３】復圧は、このはんだバンプが固相線温度以
下に下がった時点で行う。ガス流によるバンプ形状の変
形を避けるためである。

【０１２４】以上のプラズマ照射およびリフロー工程
で、融材（以下、この融材を「フラックス」という）は
一切使用されていないため、洗浄工程は不要であり、ま
た洗浄残渣による信頼性低下の懸念もなく、地球環境へ
の負荷が少なく、品質の優れたバンプ形成が可能とな
る。

【０１２５】また、リフロー後のはんだバンプに、再
度、水素含有プラズマを照射することにより、溶融時に
表面に新たに露出した僅かな酸化物等の不純物を除去
し、より清浄な表面を有するバンプを形成することが可
能である。

【０１２６】なお、プラズマ照射工程では、水素含有プ
ラズマの照射後に、弗素含有プラズマを照射するように
しても良い。この弗素含有プラズマは、アルゴンおよび
酸素の少なくとも一方を含む。この弗素含有プラズマの
照射時間は６０秒以内で、その照射温度は室温（常温）
を含む軟質はんだ合金の融点以下であることが望まし
い。

【０１２７】この水素含有プラズマ照射後の弗素含有プ
ラズマ照射により、シリコンウエハ11などの表面に形成
された微細回路の保護膜であるパッシベーション膜の損
傷を抑制でき、例えば、酸化珪素や窒化珪素などのエッ
チングや有機膜の灰化を抑制することが可能となる。ま
た、はんだ付けに優れた表面に改質することが可能とな
り、軟質はんだ合金と接合相手物の表面との接合をより
高い信頼性で実施できる。

【０１２８】特に、６０秒以内の弗素含有プラズマ照射
時間と、軟質はんだ合金の融点以下の照射温度とによ
り、表面処理の短時間化を図れるとともに、パッシベー
ション膜の損傷を抑制することが可能となる。

【０１２９】さらに、シリコンウエハ11の輻射加熱で
は、リフロー工程に入る直前にプリヒート工程を確保
し、１００℃以下で予加熱を行うようにすると良い。こ
の予加熱により、プラズマ照射で改質されたシリコンウ
エハ11の表面がリフロー時に変質するおそれを防ぐこと
が可能である。これは、シリコンウエハ11および接合相
手物の表面間を接合する際の接合性の向上につながる。

【０１３０】（第２実施形態）次に、図２は、本発明に
係る第２実施形態を示し、図１に示された実施形態と類
似部分が多いので、同一の箇所は同一符号を付して、そ
の説明を省略する。

【０１３１】図１に示された実施形態では、ハロゲンラ
ンプ37および反射鏡38がプラズマにさらされる場所にあ
ったものを、図２に示された実施形態では、真空チャン
バ12にて直接プラズマに曝されない上部の側面位置に拡
張チャンバ41を設け、この拡張チャンバ41に加熱手段36
を設けたものである。

【０１３２】すなわち、この加熱手段36は、拡張チャン
バ41内に輔射加熱用の光源としてのハロゲンランプ37お
よび反射鏡38を設置し、また、ハロゲンランプ37から処
理対象物としてのシリコンウエハ11に至る光路を形成す
る反射板42を配置し、この反射板42の設置角度により光
路を調整し、定位置に保持されたシリコンウエハ11に光
を照射して輔射加熱する。

【０１３３】この実施形態は、水素含有プラズマによる
ハロゲンランプ37および絶縁碍子部の損傷または還元の
危険性を回避するとともに、真空チャンバ12内での作業
性を改善したものである。

【０１３４】（第３実施形態）次に、図３は、本発明に
係る第３実施形態を示す。なお、図１に示された実施形
態と同様の部分には同一符号を付して、その説明を省略
する場合もある。

【０１３５】この図３に示された実施形態は、ダウンフ
ロー形のマイクロ波プラズマを用いるもので、そのプラ
ズマ発生手段51は、真空チャンバ52の小部屋53上に逆Ｕ
字形のプラズマ発生管54が一体に形成され、このプラズ
マ発生管54に高周波電源としてのマイクロ波電源55が導
波管56を介して接続されている。

【０１３６】プラズマ発生管54の上部には、プロセスガ
スを供給するガス供給手段31が設けられている。このガ
ス供給手段31は、プロセスガス供給源32からプラズマ発
生管54にプロセスガス供給管33が接続され、このプロセ
スガス供給管33中に、流量制御用のマスフローコントロ
ーラ34が設けられている。

【０１３７】プラズマ発生管54と対向する小部屋53の底
面には、ガス回収手段としての減圧用のドライポンプ16
a がスロットルバルブ17を介して接続されている。ドラ
イポンプ16a により減圧された真空チャンバ52内の圧力
は、小部屋53の上部に設置された真空計18により測定さ
れる。

【０１３８】処理対象物としてのベアチップ57は、処理
対象物曝し手段としてのマニュピレータ58により、プラ
ズマ発生管54の下部開口59の真下に保持される。このマ
ニュピレータ58は、ベアチップ57を把持して、プラズマ
発生管54から下降するプラズマ中にベアチップ57の表面
の軟質はんだ合金を曝す働きをする。

【０１３９】真空チャンバ52の右側には大部屋61が形成
され、この大部屋61の底面に基坂保持台62が設置され、
この基坂保持台62にベアチップ57と接合される接合相手
物としての基板63が保持されている。

【０１４０】基板保持台62には、基板63をリフロー前に
予加熱するための加熱手段（図示せず）と、リフロー後
に冷却するための冷却手段（図示せず）とが、それぞれ
設けられている。

【０１４１】この基板63の上側には、プラズマに曝され
たベアチップ57の表面と基板63の表面とを位置決めして
接触させる位置決め手段64が設けられている。

【０１４２】この位置決め手段64は、大部屋61の下側隅
部に機構本体65が設置され、この機構本体65の内部に流
体圧シリンダまたは送りネジ機構などにより上下方向に
作動する上下動機構66が設けられ、この上下動機構66に
モータなどにより回動する回転機構67が設けられ、この
回転機構67に流体圧シリンダまたは送りネジ機構などに
より水平方向に伸縮作動する伸縮機構68が設けられ、こ
の伸縮機構68の先端にマニュピレータ58が設けられたも
のである。

【０１４３】この位置決め手段64により、ベアチップ57
は、プラズマ発生管54の下側と基板63の上面との間で移
動され、反転され、位置決め調整される。

【０１４４】基板保持台62および基板63と対向する真空
チャンバ52の上部には、チャージ・カップルド・デバイ
ス・カメラ（以下、このカメラを「ＣＣＤカメラ」とい
う）69が下向きに設置されている。

【０１４５】真空チャンバ52の大部屋61内には、ベアチ
ップ57と基板63とを位置決めした状態でベアチップ57の
軟質はんだ合金の皮膜をリフローすることによりベアチ
ップ57の表面と基板63の表面とをはんだ接合する加熱手
段36が配設されている。

【０１４６】この加熱手段36は、プラズマに曝されない
大部屋61内にてベアチップ57の裏面を輻射加熱する光源
としてのハロゲンランプ37が横向きに設置され、このハ
ロゲンランプ37の右側に光束調整用の反射鏡38が配置さ
れ、ハロゲンランプ37の左側に下向きの光路を形成する
ための反射板42が配置されている。

【０１４７】この反射板42は、真空チャンバ52にヒンジ
70により回動調整可能に取付けられ、ハロゲンランプ37
から基板63上のベアチップ57に至る光路を調整すること
ができる。

【０１４８】次に、この図３に示された実施形態の作用
を説明する。

【０１４９】図には示されていないが、ベアチップ57は
リフロー接合する基板63に位置決めされた状態で、基坂
保持台62にセットされる。この時、真空チャンバ52の上
部に設けられたＣＣＤカメラ69により、ベアチップ57お
よび基板63の相対位置が確認される。

【０１５０】その後、ベアチップ57は、マニュピレータ
58に保持され、上下動機構66、回転機構67および伸縮機
構68により、図３に示されたプラズマ発生管54の下側に
位置するプラズマ照射部へ搬送される。

【０１５１】一方、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源55
より導波管56を伝わった電力により、マスフローコント
ローラ34を経て供給されたプロセスガスが励起され、プ
ラズマ化して、マイクロ波プラズマが発生する。

【０１５２】このマイクロ波プラズマは、ベアチップ57
に向けて流れ（ダウンフロー）、さらに下部のスロット
ルバルブ17を経てドライポンプ16a により排気される。
処理時の内部圧力は真空計18にて常時モニタリングし、
マスフローコントローラ34およびスロットルバルブ17の
一方または両方により流量調整する。

【０１５３】ベアチップ57は、軟質はんだ合金の接合面
を上にして、プラズマに曝され、その接合面をマイクロ
波プラズマにより改質処理される。

【０１５４】プラズマ照射後に、マニュピレータ58に保
持されているベアチップ57は、上下動機構66、回転機構
67および伸縮機構68により、基板63上の元の位置にＣＣ
Ｄカメラ69による初期値に基づき位置決めされる。

【０１５５】位置決め後、直流電源39に接続されたハロ
ゲンランプ37から放射された光の光束を反射鏡38にて絞
り、反射板42にてその光束を下方へ反射し、ベアチップ
57を輔射加熱し、ベアチップ57の下向きに反転されたプ
ラズマ処理済みの接合面を基板63にはんだ接合する。

【０１５６】反射板42はＣＣＤカメラ69による位置確認
の妨げにならないよう、ヒンジ70を支点として図示され
ないモータ等により回動可能であり、リフロー時には光
束をベアチップ57に照射できる角度に回動することがで
きる。

【０１５７】また、リフロー時には、基板保持台62に設
けられている加熱手段および冷却手段により、基板をリ
フロー前に予加熱するとともにリフロー後に冷却すると
良い。

【０１５８】このように、上記はんだ接合は、ベアチッ
プ57の真空チャンバ52内における位置を確認した後、上
述した軟質はんだ合金のプラズマ処理を施し、次に、は
んだ接合する基板63の位置にベアチップ57を搬送し、ベ
アチップ57の軟質はんだ合金と基板63の電極部とを接触
させて、ベアチップ側からベアチップ57および基板63を
輻射加熱により加熱し、軟質はんだ合金を溶解し、ベア
チップ57と基板63の電極部とをはんだ接合する。

【０１５９】この時のベアチップ57と基板63との若干の
ミスアラインメントは、すなわち基板63に再度ベアチッ
プ57を搭載した時の若干の位置ずれは、リフロー時の溶
融はんだのセルフアラインメント効果により自動的に補
正される。

【０１６０】以上のように、メッキ法などにより軟質は
んだ合金を堆積した後、リフロー工程時にフラックスを
必要とせず、そのためはんだバンプ形成後のフラックス
洗浄工程を排除できる。

【０１６１】これは、堆積した軟質はんだ合金に、水素
含有プラズマを照射し、軟質はんだ合金中の水酸化物や
酸化物を除去し、さらに真空中でリフローすることによ
り、リフロー時の軟質はんだ合金の再酸化を防ぐことが
可能であるからである。

【０１６２】また、バンプに他の表面を接触させリフロ
ーすることで、フラックスを用いないはんだ接合が可能
となる。

【０１６３】さらに、軟質はんだ合金によるはんだバン
プ形成において、はんだリフロー時にフラックスを用い
ることなく、そのため後のフラックス洗浄工程が不要
で、フラックス残渣がないため信頼性に優れるバンプ形
成方法およびその装置を提供できる。

【０１６４】また、フラックスを用いることなく、バン
プに他の表面を接触させリフローしてはんだ接合を行う
ため、信頼性に優れたはんだ接合方法およびその装置を
提供できる。

【０１６５】電極パッド上の軟質はんだ合金は、メッキ
法により形成する方法がコスト的に優位であるが、蒸着
法等の真空プロセスを用いても良い。メッキ法により電
極パッド上に堆積した軟質はんだ合金は、比較的ポーラ
スな構造をとり、水酸化物や酸化物を伴っている。さら
にはメッキ液成分が僅かながら混入していると考えられ
る。

【０１６６】はんだバンプ表面の水酸化物または酸化物
は、０．１〜１Ｔｏｒｒ程度の減圧下で水素含有プラズ
マを照射することにより還元または物理的スパッタによ
り除去されると考えられる。

【０１６７】プラズマの発生方法は特に問わない。例え
ば、平行平板に高周波電圧を印加して発生させたプラズ
マ中に曝すか、プラズマに直接曝さずにガス流れによっ
て運ばれるラジカルのみを選択的に照射するか、もしく
は若干のイオンの効果も考慮した中間的なプラズマの利
用も良い。

【０１６８】高周波電圧は、数十ｋＨｚから数ＧＨｚま
で適当な周波数を用い、それに応じたプラズマ発生装置
を構成すれば良い。一般には入手し易い１３．５６ＭＨ
ｚや２．４５ＧＨｚの電源がよい。

【０１６９】プロセスガスとしては、水素基を有するガ
スならば特に問わないが、安全性やコスト等を考慮する
とアルゴンと水素ガスとの混合ガスが適当である。さら
に処理効果の観点からはアルゴンに水素ガスを３容量％
以上８容量％未満添加した混合ガスが望ましい。爆発の
危険性もなく、特別な排ガス処理の必要もない。

【０１７０】その他に水素ガスの代わりにメタン等の炭
化水素ガスやシラン等のガスを用いることも可能であ
る。

【０１７１】次に、リフロー工程はプラズマ照射した
後、直ちに真空中で加熱することが望ましい。大気に曝
すことによる軟質はんだ合金表面の再酸化を防止して品
質の向上を図り、真空中でのプラズマ照射およびリフロ
ーの同時処理もしくは連続処理により生産性の向上を図
る観点からである。

【０１７２】加熱方法は真空中で行う。不活性ガスを導
入して対流加熱する方法も考えられるが、装置自体が加
熱される他、加熱時間がかかる他温度制御が難しい。優
れた方法は輻射加熱で、ハロゲンランプ等の光源と、光
束調整用の反射鏡を、さらに反射板を用い光路を調整し
て処理対象物を加熱する。

【０１７３】光源は他にキセノン、水銀灯、遠赤外線
（ＩＲ）ヒータ等が挙げられるが、特殊な電源を必要と
せず容易に加熱できるハロゲンランプが優れている。

【０１７４】リフロー加熱は、プラズマ照射中に同時に
行っても差し支えない。一方、光源の前面に光源保護用
のシャッタ（図示せず）を設け、プラズマ処理中は、こ
のシャッタを閉じて光源を保護し、プラズマ処理後に、
このシャッタを開けて光源によりリフロー加熱を行うよ
うにしても良い。

【０１７５】また、輻射加熱のような非接触式ではな
く、加熱源を直接接触させる方法も考えられる。試料台
にヒータを付けておいて、加熱しても良いが、加熱手段
および冷却手段を試料台に具備させる必要があるため、
予めある程度に加熱しておいた治具を試料に押し付け
て、さらにリフロー温度まで加熱し、一定時間保持した
後、治具を試料から離し自然冷却させても良い。しか
し、この場合、ヒートショックの影響や、治具の加熱冷
却を十分に考慮した温度制御が必要になる。

【０１７６】加熱溶融時に、メッキ中に含まれた僅かな
液体（吸着ガス）はガス化して外部に放出されるから、
形成されたはんだバンプ内にボイド（気泡）は残らな
い。

【０１７７】復圧は、はんだバンプが固相線温度以下に
下がった時点で行う。ガス流によるバンプ形状の変形を
避けるためである。

【０１７８】以上の工程でフラックスは一切使用されて
いない為、洗浄工程は不要であり、また洗浄残渣による
信頼性低下の懸念もなく、地球環境への負荷が少なく、
品質の優れたバンプ形成が可能となる。

【０１７９】また、リフロー後に、再度、プラズマ照射
することにより、溶融時に表面に新たに露出した僅かな
酸化物等の不純物を除去し、より清浄な表面を有するバ
ンプを形成することが可能である。

【０１８０】はんだ接合に関しては、例えばベアチップ
のチャンバ内に於ける位置を確認した後、上述した軟質
はんだ合金のプラズマ処理を施す。次にはんだ接合する
基板の位置にベアチップを搬送し、ベアチップの軟質は
んだ合金と基板の電極部とを接触させて、ベアチップ側
からベアチップおよび基板を輻射加熱により加熱し、軟
質はんだ合金を溶解し、ベアチップと基板側電極部との
はんだ接合を行う。この時のベアチップと基板との若干
のミスアラインメントは、はんだのセルフアラインメン
ト効果により自動的に補正される。

【０１８１】（第４実施形態）次に、図４に基づき、シ
リコンウエハ上にはんだバンプを形成する場合の本発明
に係る第４実施形態を示す。

【０１８２】この第４実施形態に係る装置の概略を説明
すると、処理対象物（シリコンウエハ）71を収容するチ
ャンバ72a 内には、このチャンバ72a の対向電極を兼ね
た金属トレイ73が設けられ、この金属トレイ73上に処理
対象物71を保持する保持治具74が設けられている。

【０１８３】チャンバ72a の下部には、スロットルバル
ブ75a を介して減圧用のロータリポンプ76a が接続さ
れ、また、チャンバ72a 内の上部にはシャワー式電極77
a が設置され、このシャワー式電極77a には、マッチン
グボックス78a を介して高周波電源79a が電気的に接続
されている。

【０１８４】シャワー式電極77a は、中空管状または中
空箱形の電極で、その下面には複数のガス噴出穴が開口
されている。このシャワー式電極77a には、ガス供給流
量を制御するマスフローコントローラ80a と、電極冷却
用の冷却水用配管81a とが、それぞれ電気的には絶縁さ
れた状態で接続されている。

【０１８５】チャンバ72a の上部には、チャンバ72a 内
の真空度を計測するための隔膜式真空計82a が設置され
ている。マスフローコントローラ80a には、水素を添加
した不活性ガス、例えば水素添加アルゴンガスを供給す
るガス供給配管83a が接続され、このガス供給配管83a
中には管路開閉用のストップバルブ83a'が介在されてい
る。

【０１８６】一方のチャンバ72a に対し、隔壁シャッタ
84を介して隣接する他方のチャンバ72b が設置されてい
る。一方のチャンバ72a には金属トレイ73を他方のチャ
ンバ72b へ搬送するための搬送用ロボットアーム85が設
置され、他方のチャンバ72bには、金属トレイ73を受取
る保持台86が設置されている。

【０１８７】チャンバ72a の下部には、窒素ガスをチャ
ンバ72a 内に導入してチャンバ72a内を大気圧に戻すた
めの復圧用管路87a が接続され、この復圧用管路87a 中
には管路開閉用の復圧弁87a'が介在されている。

【０１８８】さらに、一方のチャンバ72a に対するのと
同様に、他方のチャンバ72b に対しても、スロットルバ
ルブ75b 、ロータリポンプ76b 、シャワー式電極77b 、
マッチングボックス78b 、高周波電源79b 、２系統のマ
スフローコントローラ80b ，80c 、冷却水用配管81b 、
隔膜式真空計82b 、２系統のガス供給配管83b ，83c、
ストップバルブ83b'，83c'、復圧用管路87b および復圧
弁87b'がそれぞれ設けられている。

【０１８９】ここで、一方のチャンバ72a に設けられた
ロータリポンプ76a 、シャワー式電極77a 、高周波電源
79a 、ガス供給配管83a 、復圧用管路87a などは、処理
対象物71の導体上に堆積された軟質はんだ合金の表面を
粗面化するための表面粗面化機構Ａ1 を形成している。
この表面粗面化機構Ａ1 は、プラズマ励起によって軟質
はんだ合金の表面を粗面化するプラズマ励起機構であ
る。

【０１９０】また、他方のチャンバ72b に設けられたロ
ータリポンプ76b 、シャワー式電極77b 、高周波電源79
b 、ガス供給配管83b ，83c 、復圧用管路87b などは、
表面粗面化機構Ａ1 で粗面化された軟質はんだ合金の表
面にプラズマ励起によって弗素を含有する層を形成する
表面改質を施す表面改質機構Ｂ1 を構成している。

【０１９１】さらに、これらのチャンバ72a ，72b とは
別個に、一方のチャンバ72a 内で表面を粗面化処理され
他方のチャンバ72b 内で表面改質された軟質はんだ合金
を加熱溶融して導体上にはんだ接合するための加熱溶融
部としての窒素雰囲気リフロー炉Ｃ1 が設置されてい
る。

【０１９２】この窒素雰囲気リフロー炉Ｃ1 は、不活性
ガスである窒素雰囲気中で遠赤外線または熱風などを軟
質はんだ合金に当て、軟質はんだ合金を加熱溶融する。

【０１９３】加熱溶融部としては、この窒素雰囲気リフ
ロー炉Ｃ1 だけでなく、蒸気相が有する気化潜熱を利用
して加熱溶融する気相はんだ付け装置すなわちベーパ・
フェイズ・ソルダリングマシンを用いても良い。

【０１９４】次に、このように構成された装置を用い
て、はんだバンプを形成するバンプ形成方法の概略を、
図５を参照しながら説明する。

【０１９５】図５（Ａ）に示されるように、処理対象物
71としてのシリコンウエハ71a には、その電極上のメタ
ライズ層71b に、鍍金法または蒸着法により軟質はんだ
合金としての錫／鉛（Ｓn ／Ｐｂ）共晶はんだ71c が堆
積されている。

【０１９６】図５（Ｂ）に示されるように、この錫／鉛
共晶はんだ71c の表面71d を表面粗面化機構Ａ1 により
粗面化処理する。この粗面化処理は、一方のチャンバ72
a 内において、ガス供給配管83a よりシャワー式電極77
a に供給された水素添加アルゴンガスの高周波グロー放
電により施す。

【０１９７】図５（Ｃ）に示されるように、この粗面化
された錫／鉛共晶はんだ71c の表面71d に、表面改質機
構Ｂ1 により、弗素を含有する層71e を形成する表面改
質処理を施す。この表面改質処理は、他方のチャンバ72
b 内において、ガス供給配管83b ，83c よりシャワー式
電極77b に供給されたアルゴン（Ａr ）および四弗化炭
素（ＣＦ₄）の混合ガスの高周波グロー放電により施し
た。

【０１９８】このとき、水素の添加量は７容量％、四弗
化炭素の含有量は６０容量％である。処理圧力は、３０
パスカル（以下、パスカルをＰａと表記する）で、１
３．５６ＭＨｚの高周波電源79a ，79b を用い、５００
Ｗの出力で粗面化処理は６０秒、表面改質処理は３０秒
である。

【０１９９】さらに、図５（Ｄ）に示されるように、こ
の表面改質された錫／鉛共晶はんだ71c を窒素雰囲気リ
フロー炉Ｃ1 内でリフローして、シリコンウエハ71a の
表面に接続端子となるはんだバンプ71f を形成した。

【０２００】次に、この図４に示された装置の作用をさ
らに詳しく説明する。

【０２０１】処理対象物71は、チャンバ72a の対向電極
を兼ねた金属トレイ73上の保持治具74に置かれる。チャ
ンバ72a は、スロットルバルブ75a を介してロータリポ
ンプ76a で減圧される。チャンバ72a の上部のシャワー
式電極77a には、高周波電源79a よりマッチングボック
ス78a を介して、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給
される。

【０２０２】また、ガス供給配管83a に圧送された水素
添加アルゴンガスは、マスフローコントローラ80a で流
量制御され、シャワー式電極77a に開けられた複数個の
穴からチャンバ72a 内に供給される。

【０２０３】チャンバ72a 内の真空度は隔膜式真空計82
a でモニタリングされ、スロットルバルブ75a にて内圧
を調整する。粗面化処理が終わった後、ストップバルブ
83a'を閉めて水素添加アルゴンガスの供給を停止し、内
圧を５Ｐａ以下にする。

【０２０４】次いで、隣接するチャンバ72b との隔壁シ
ャッタ84を開き、搬送用ロボットアーム85にて金属トレ
イ73をチャンバ72b 内の保持台86上に移動する。

【０２０５】移動終了後、搬送用ロボットアーム85を戻
して、隔壁シャッタ84を閉め、ガス供給配管83b ，83c
よりアルゴン（Ａr ）および四弗化炭素（ＣＦ₄）の各
ガスをマスフローコントローラ80b ，80c およびシャワ
ー式電極77b を経てチャンバ72b に供給する。

【０２０６】ガスが安定した後、高周波電源79b よりマ
ッチングボックス78b を介して５００Ｗの高周波をシャ
ワー式電極77b に供給して、高周波グロー放電を生じさ
せることにより、表面改質処理を施す。

【０２０７】このように、隔壁シャッタ84を介して独立
した異なる雰囲気下で、粗面化処理と表面改質処理とが
施されるので、相互に悪影響を及ぼし合うおそれを防止
できる。例えば、チャンバ72a 内での粗面化処理に際し
て、チャンバ72a 内に供給される水素添加アルゴンガス
に、チャンバ72b 内に供給されるべき四弗化炭素ガスが
多量に混入している場合は、弗化水素（ＨＦ）とアルゴ
ンプラズマとが発生するが、アルゴンプラズマは効果的
な粗面化処理に適さないが、隔壁シャッタ84によりこれ
を防止できる。

【０２０８】処理終了後、復圧弁87b'を開き、窒素ガス
をチャンバ72b 内に導入して大気圧に戻してから、処理
対象物をチャンバ72b 内から取出し、窒素雰囲気リフロ
ー炉Ｃ1 にて加熱し、軟質はんだ合金をリフローして、
はんだバンプを形成する。

【０２０９】このリフロー時の加熱温度は、軟質はんだ
合金の融点以上で、目安として融点より４０〜６０℃高
めの温度設定とする。この第４実施形態では、Ｓn ／Ｐ
ｂ共晶はんだを用いたので、２３０℃に加熱した。窒素
雰囲気リフロー炉Ｃ1 内の酸素濃度は１００ｐｐｍであ
る。

【０２１０】（第５実施形態）次に、樹脂基板上に設け
られたＳn ／Ｐｂ共晶はんだバンプに、シリコンチップ
をはんだ接合する場合の第５実施形態を、以下に説明す
る。図６は、樹脂基板上のはんだバンプを処理するため
の装置の概要を示す。

【０２１１】この図６に示されるように、はんだバンプ
91を有する処理対象物としての樹脂基板92は、対向電極
を兼ねた金属トレイ93を介して搬送用のローラ94上に設
置される。このローラ94は、チャンバ95内の一端から他
端にわたって配列されている。

【０２１２】一つの搬送用のローラ94a の上側にバンプ
整形用ローラ96が配置され、このバンプ整形用ローラ96
は調整治具97により上下動調整可能に設けられている。

【０２１３】また、バンプ整形用ローラ96を介して反対
側のチャンバ95内には、上部にシャワー式電極98が設置
され、下部に金属トレイ93を検知するためのセンサ99が
設置されている。チャンバ95の下部には、スロットルバ
ルブ100 を介して減圧用のロータリポンプ101 が接続さ
れている。

【０２１４】さらに、シャワー式電極98には、電極冷却
用の冷却水用配管102 と、ガス供給流量を制御する２系
統のマスフローコントローラ103a，103bとが、それぞれ
電気的には絶縁された状態で接続されている。

【０２１５】これらのマスフローコントローラ103a，10
3bには、ガス供給配管104a，104bがそれぞれ接続され、
これらのガス供給配管104a，104b中には管路開閉用のス
トップバルブ104a' ，104b' がそれぞれ介在されてい
る。予め混合したガスを使用する場合は、ガス供給配管
104a，104bを１系統にまとめても良い。

【０２１６】チャンバ95の上部には、チャンバ95内の真
空度を計測する隔膜式真空計105 が設置されている。ま
た、シャワー式電極98には、マッチングボックス106 を
介して高周波電源107 が電気的に接続されている。

【０２１７】チャンバ95の下部には、窒素ガスをチャン
バ95内に導入してチャンバ95内を大気圧に戻すための復
圧用管路108 が接続され、この復圧用管路108 中には管
路開閉用の復圧弁108 ´が介在されている。

【０２１８】ここで、チャンバ95内に設けられた搬送用
のローラ94a 、バンプ整形用ローラ96および調整治具97
などは、処理対象物71の導体上に堆積された軟質はんだ
合金の表面を機械的に粗面化する表面粗面化機構Ａ2 を
形成している。

【０２１９】また、チャンバ95に対して設けられたシャ
ワー式電極98、ロータリポンプ101、ガス供給配管104
a，104b、高周波電源107 、復圧用管路108 などは、表
面粗面化機構Ａ2 で粗面化された軟質はんだ合金バンプ
の表面に表面改質を施す表面改質機構Ｂ2 を形成してい
る。

【０２２０】さらに、これらの粗面化処理および表面改
質処理に用いられるチャンバ95とは別個に、表面改質処
理された軟質はんだ合金バンプを加熱溶融して他の導体
上にはんだ接合するための加熱溶融部としての窒素雰囲
気リフロー炉Ｃ2 が設置されている。なお、加熱溶融部
としては、気相はんだ付け装置でも良い。

【０２２１】次に、このように構成された装置を用い
て、はんだ接合用前処理を施し、さらにはんだ接合する
方法を説明する。

【０２２２】表面粗面化機構Ａ2 のバンプ整形用ローラ
96により、樹脂基板92に形成されたはんだバンプ91の表
面を押圧して機械的に粗面化し、次に、表面改質機構Ｂ
2 のチャンバ95内で、酸素を添加した弗素化合物の混合
ガスのプラズマ励起を用いて、粗面化されたはんだバン
プ91の表面に、弗素を含有する層を形成する表面改質を
施し、はんだ接合用前処理を完了する。

【０２２３】さらに、この粗面化処理および表面改質処
理を施された樹脂基板92のはんだバンプ91に、他の処理
対象物としてのシリコンチップを接触させて、窒素雰囲
気リフロー炉Ｃ2 に搬入し、これらをリフローすること
により、はんだ接合する。シリコンチップは、粗面化処
理および表面改質処理を施されている場合と、それらの
処理を施されていない場合とがあり、必要に応じて選択
する。

【０２２４】次に、図６に示された装置の作用をさらに
詳しく説明する。

【０２２５】はんだバンプ91を上に向けた樹脂基板92
は、対向電極を兼ねた金属トレイ93の上に置かれ、連続
したローラ94によりチャンバ95内を移動する。なお、ロ
ーラ94の駆動用モータおよびローラ間をつなぐチェン
は、図６には示されていない。

【０２２６】ローラ94で搬送される樹脂基板92はバンプ
整形用ローラ96にて、基板上のはんだバンプが粗面化さ
れる。粗面化の程度はバンプ整形用ローラ96の表面粗さ
と、金属トレイ93とバンプ整形用ローラ96とのクリアラ
ンスによる。このクリアランスは、調整治具97により任
意に調整できる。

【０２２７】バンプ整形用ローラ96を通ってシャワー式
電極98の下側に樹脂基板92を載せた金属トレイ93が移動
し終わったら、ローラ94を停止する。金属トレイ93の移
動終了は、チャンバ95内に設けられたセンサ99にて自動
的に検知される。この間、チャンバ95内は、スロットル
バルブ100 を介した真空ポンプ101 によって減圧されて
いる。

【０２２８】チャンバ95の内部の圧力は隔膜式真空計10
5 にてモニタされ、ガス導入以降は設定圧力になるよ
う、スロットルバルブ100 にて圧力調整される。

【０２２９】樹脂基板92を載せた金属トレイ93がシャワ
ー式電極98の下側に来て搬送が停止したら、マスフロー
コントローラ103a，103bを介して酸素と四弗化炭素が供
給される。酸素濃度は４０容量％で、混合ガスはシャワ
ー式電極98に設けられた複数個の穴からチャンバ95内に
導入される。

【０２３０】ガス供給により、チャンバ内圧が３０Ｐａ
に安定した後、シャワー式電極98にマッチングボックス
106 を介した１３．５６ＭＨｚの高周波電源107 から６
００Ｗの高周波電力が供給され、高周波グロー放電を生
じさせて改質処理を施す。処理時間は６０秒である。

【０２３１】ここで、粗面化しなかった場合に要する改
質処理時間は１２０秒以上であり、しかも樹脂基板の表
面のソルダレジストに灰化現象が生じた。

【０２３２】高周波グロー放電が終了した後、復圧弁10
8'を開けて、窒素ガスをチャンバ95内に導入し、大気圧
に復圧する。復圧終了後、樹脂基板を取出す。図６に
は、チャンバ95の扉は特に記載されていない。

【０２３３】一方、樹脂基板上にはんだ接合されるシリ
コンチップは、第４実施形態の処理により予め表面改質
を済ませておく。

【０２３４】次に、大気中にて、樹脂基板92上にシリコ
ンチップを位置合わせして搭載する。このとき、はんだ
バンプが５μｍ程度潰れるほど加圧する。最後に、酸素
濃度１００ｐｐｍの窒素雰囲気リフロー炉Ｃ2 にて加熱
し、はんだ接合を得る。加熱温度は２３０℃である。

【０２３５】なお、第４実施形態および第５実施形態に
おいて、表面改質機構Ｂ1 ，Ｂ2 は、シャワー式電極77
b ，98の替わりに紫外線ランプや、レーザーの使用が可
能である。この場合、高周波電源79b ，107 の替わり
に、紫外線ランプ用の電源や、レーザー用の電源を使用
する。

【０２３６】（第６実施形態）次に、樹脂基板上に設け
られたＳn ／Ｐｂ共晶はんだバンプと、シリコンチップ
に設けられたはんだバンプとをはんだ接合する場合の第
６実施形態を、図４に示された装置例に基き説明する。
この場合、樹脂基板側は、粗面化および改質処理する
が、シリコンチップ側は粗面化および改質処理しなくて
も良い。

【０２３７】図４に示される金属トレイ73上に、保持治
具74を介して、処理対象物としての樹脂基板71を、その
はんだバンプをシャワー電極77a 側に向けて配置する。
はんだバンプの粗面化処理は、チャンバ72a において、
アルゴン７容量％を含む水素ガスをプロセスガスとし
て、処理圧力約４０Ｐａ、高周波電源79a の出力６００
Ｗで、１２０秒間プラズマ処理を施す。

【０２３８】なお、金属トレイ73側を高周波電源79a と
接続して、保持治具74を用いず、リアクティブ・イオン
・エッチング・モードで処理しても良い。

【０２３９】プラズマ処理後、隔壁シャッタ84を開け
て、搬送用ロボットアーム85により樹脂基板71をチャン
バ72b に移送する。樹脂基板71を載せた金属トレイ73を
保持台86に載せた後、搬送用ロボットアーム85をチャン
バ72a に戻し、隔壁シャッタ84を閉める。

【０２４０】チャンバ72b 内にプロセスガスとして、酸
素と四弗化炭素の混合ガスを、その混合比が６０：４０
になるようにマスフローメータ80b ，80c にて調整しな
がら供給する。このチャンバ72b 内でのプラズマ処理
は、処理圧力約４０Ｐａ、高周波電源79b の出力６００
Ｗで、６０秒間施す。

【０２４１】以上の処理を施した樹脂基板71上に、はん
だバンプを設けたシリコンチップをバンプの位置合わせ
後搭載する。このとき、はんだバンプが約５μｍほど潰
れる程度に圧力を加える。このチップ搭載は、大気中で
行うことができる。

【０２４２】次いで、酸素濃度を１００ｐｐｍ程度に制
御した窒素雰囲気リフロー炉Ｃ1 にてチップ搭載樹脂基
板を加熱し、樹脂基板のはんだバンプ上にシリコンチッ
プをはんだ溶融接合する。上記工程ではフラックスを用
いないため、後洗浄する必要はなく、アンダーフィル材
をチップと樹脂基板との間隙に充填した後、加熱硬化さ
せるとアッセンブリ工程は完了する。

【０２４３】第５実施形態または第６実施形態で説明し
たように、複数の処理対象物をはんだ接合する例として
は、図７（Ａ）に示されたプリント回路基板へのベアチ
ップの直接実装例のように、多層プリント回路基板111
に接続用バンプ112 を介して半導体ベアチップ113 をは
んだ接合する場合や、図７（Ｂ）に示されたフリップチ
ップ接続半導体パッケージの構造例のように、プリント
基板接続用はんだバンプ114 が形成された積層基板（イ
ンターポーザ）115 に、内部接続用バンプ116を介して
半導体ベアチップ117 をはんだ接合する場合や、図７
（Ｃ）に示されたチップ・オン・チップ（ＣＯＣ）の構
造例のように、大型の大規模集積回路装置（ＬＳＩチッ
プ）121 に、接続用バンプ122 を介して小型のＬＳＩチ
ップ123 をはんだ接合するとともに、接続用バンプ124
を介してメモリチップ125 をはんだ接合する場合や、図
示しないウエハ・オン・ウエハ（ＷＯＷ）のように、分
割する前のウエハ上にウエハをバンプ接合する場合があ
り、本発明はこれらに適用できる。

【０２４４】以上のように、軟質はんだ合金を鍍金法や
蒸着法などによりチップなどの電子部品や回路基板に堆
積した後、リフローして、はんだプリコートまたははん
だバンプを形成するに当り、フラックスを用いることな
く、その結果フラックス残渣の洗浄工程が不要で、フラ
ックス残渣がないため電気的信頼性に優れる方法および
装置を提供できる。

【０２４５】微細なパターンに対応できるはんだバンプ
形成方法、すなわちはんだプリコート法としては、処理
対象物の表面にスクリーン印刷法でメタルマスクを介し
てソルダペーストを所望のパターンに印刷塗布し、これ
をリフローすることではんだプリコート膜を形成する方
法や、また、処理対象物の表面に有機酸鉛塩と錫粉末と
活性剤とを混練したペーストを印刷し、リフローにより
このペースト中の有機酸鉛塩と錫との反応によってはん
だを生成し、パターン上にはんだプリコート膜を析出さ
せるスーパーソルダ法や、さらに、処理対象物の表面に
粘着膜を形成し、この粘着膜にはんだ粉末を付け、フラ
ックス塗布後にリフローすることではんだプリコート膜
を形成するスーパージャフィット法などがあり、これら
の方法により形成されたはんだバンプに対しても、本発
明のはんだ接合用前処理方法、はんだ接合方法およびそ
れらの装置を適用できる。

【０２４６】また、既に図７に基づいて説明したよう
に、一方の処理対象物の表面に形成されたはんだバンプ
またははんだプリコートと、他方の処理対象物の表面に
形成された同様のはんだバンプまたははんだプリコート
とを接触させ、これらのはんだバンプまたははんだプリ
コートをリフローしてはんだ接合するには、種々の形態
があり、本発明のはんだ接合方法およびその装置は、そ
れらの各接合形態において、フラックスを用いず電気的
信頼性に優れた微細なはんだ接合を行える。

【０２４７】さらに、電極パッド上の軟質はんだ合金
は、鍍金法により形成する方法がコスト的に有利である
が、蒸着法などの真空プロセスを用いても良い。このよ
うにして電極上に堆積された軟質はんだ合金を機械的に
押し潰すなどして表面を粗面化する。

【０２４８】例えば、細かい凹凸のあるローラを用い
て、搬送途中かチャンバ内などで軟質はんだ合金を押し
潰すことで、軟質はんだ合金の表面の粗面化を機械的に
図れる。または、細かい凹凸のある板によるスタンピン
グで、機械的に粗面化を施しても良い。

【０２４９】また、水素を３容量％以上８容量％未満添
加したアルゴンガスを用いたグロー放電中に曝すこと
で、軟質はんだ合金の表面を粗面化できる。なお、アル
ゴンのスパッタリングでは粗面化はできない。

【０２５０】この粗面化により、酸化膜が除去または破
壊されて、はんだの新生面が露出する。

【０２５１】次いで、Ｃ₂Ｆ₄、Ｃ₃Ｆ₆などのプラズ
マ重合膜を形成するガスを除いた弗素化合物ガス、例え
ば四弗化炭素（ＣＦ₄）、ＣＨＦ₃、ＣＨ₃ＦまたはＣ
₂Ｆ₆などの弗化炭素系化合物、六弗化硫黄（ＳＦ₆）
および三弗化窒素（ＮＦ₃）の少なくとも一つと、酸素
またはアルゴンの少なくとも一方との混合ガスを用いた
プラズマ励起により、軟質はんだ表面を改質する。

【０２５２】このプラズマ励起は、平行平板型直流グロ
ー放電または高周波グロー放電を用いても良い。また、
マイクロ波を用いたプラズマでも良く、さらには紫外線
やレーザなどによるラジカル生成手段を用いても良い。

【０２５３】ただし、弗素は、シリコンのエッチャント
であり、酸素は有機物を分解するが、粗面化処理が予め
なされているために、シリコンやソルダレジストなどへ
の損傷を抑えた処理が可能となる。

【０２５４】この表面改質後、軟質はんだ合金の融点以
上の温度に非酸化性雰囲気中で加熱することで軟質はん
だ合金をリフローする。このリフローには、一般的に用
いられている窒素雰囲気リフロー炉や、気相はんだ付け
装置すなわちベーパフェイズソルダリングマシンなどの
使用が可能である。

【０２５５】回路基板上の軟質はんだ合金上や、シリコ
ンチップ上の金パッド上や、軟質はんだバンプ上に、軟
質はんだや、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、金（Ａ
ｕ）などのメッキを施された電極部分を有する電子部品
や、軟質はんだ合金のバンプを有するシリコンチップを
実装する場合には、各々の軟質はんだ合金などの表面に
粗面化処理および表面改質処理を施した上で、位置合わ
せし搭載した後に、非酸化性雰囲気中で軟質はんだ合金
の融点以上に加熱してリフローすることで、はんだ接合
できる。

【０２５６】電子部品の場合、回路基板側の軟質はんだ
量が十分であれば、電子部品側の前記処理を除いても、
はんだ接合は可能である。軟質はんだ合金のバンプ同士
の接合であれば、位置合わせ時にバンプが５μｍ程度潰
れるくらいの加圧ができれば十分である。

【０２５７】以上のように、本発明は、電子部品および
回路基板におけるはんだプリコートまたははんだバンプ
の形成およびはんだ接合に適用され、また、フラックス
を用いることなく、軟質はんだ合金を用いて、チップの
電極パッドや部品リードと、回路基板の電極とを接合す
る場合に適用される。

【０２５８】

【実施例】（実施例１）次に、図１に示されたバンプ形
成装置を用いて実験を行ったので、その結果を具体的な
数値に基づき説明する。

【０２５９】処理対象物はシリコンウエハ11であり、ア
ルミ電極パッド上にメタライズ層を介して軟質はんだ合
金としての共晶はんだのメッキが施してある。

【０２６０】真空チャンバ12内の圧力はスロットルバル
ブ17またはマスフローコントローラ34によるガス流量制
御により、約０．４Ｔｏｒｒに調整した。

【０２６１】高周波電源23には、入手容易な１３．５６
ＭＨｚのＲＦ（Radio Frequency ）電源を用い、容量性
負荷整合器24を介して電極22に６００Ｗの電力を供給し
てプラズマを発生させた。

【０２６２】６０秒間のプラズマ照射の後、プロセスガ
スの供給を停止し、ハロゲンランプ37に直流電源39より
約１００Ｗの電力を印加し、シリコンウエハ11を輻射加
熱した。ハロゲンランプ37からの光は、反射鏡38により
シリコンウエハ11に一様に当たるよう調整されている。

【０２６３】はんだメッキ溶融後、ハロゲンランプ37を
切って、その状態を冷却のため３０秒間保持した。

【０２６４】以上のようにして形成したシリコンウエハ
11上のはんだバンプは、きれいな球形を呈し、表面に酸
化物はなかった。

【０２６５】一方、比較対象のため、プロセスガスとし
てアルゴンのみを用いた同一の処理方法での結果は、球
形にはなるが、表面に酸化物が多く表面がゴツゴツした
形状となった。

【０２６６】また、プロセスガスとして弗素含有ガスの
み、例えば４弗化炭素のみを用いた場合、シリコンウエ
ハ11のパッシベーション膜がエッチングされる点と、エ
ッチングされたシリコンの反応生成物である弗化珪素が
バンプに付着する等の問題があった。

【０２６７】（実施例２）次に、図１に示されたバンプ
形成装置を用いて別の実験を行ったので、その結果を説
明する。

【０２６８】図１の装置を用いてシリコンウエハ11上に
バンプ形成されたチップと、はんだ接合する接合相手物
としての基板とに、それぞれプラズマ照射を施す。

【０２６９】先ず、水素７容量％含有アルゴンガスプラ
ズマにより約０．４Ｔｏｒｒの圧力下、６００ワットの
ＲＦ電源出力で６０秒処理する。

【０２７０】続いて、４弗化炭素７０容量％含有酸素ガ
スプラズマにより約０．３Ｔｏｒｒの圧力下、５００ワ
ットのＲＦ電源出力で３０秒処理する。

【０２７１】このチップと基板とを真空チャンバ12から
取出し、チップを基板上に位置合わせして、はんだバン
プが少し潰れる程度の荷重を加え、酸素濃度が１００pp
m 程度に保たれたリフロー炉に通す。

【０２７２】このリフロー炉内で、予加熱温度が８０
℃、リフロー温度が２３０℃、チップ搭載基板の搬送速
度が１．３ｍ／分の条件にて、リフロー接合を行う。

【０２７３】この結果、フラックスを用いなくとも、バ
レル形の接合形態をとる接合が得られた。

【０２７４】次に、図４に示されたはんだ接合装置を用
いて、基板上にチップをはんだ接合する実験を行ったの
で、その結果を次の実施例３および実施例４に説明す
る。

【０２７５】（実施例３）先ず、基板を、水素７容量％
含有アルゴンガスプラズマにより、約０．４Ｔｏｒｒの
圧力下、６００ワットのＲＦ電源出力で１２０秒、粗面
化処理する。

【０２７６】続いて、この水素含有アルゴンガスプラズ
マで粗面化処理された基板を、４弗化炭素６０〜７０容
量％含有酸素ガスプラズマにより約０．４Ｔｏｒｒの圧
力下、６００ワットのＲＦ電源出力で６０秒、表面改質
処理する。

【０２７７】一方、チップは、水素７容量％含有アルゴ
ンガスプラズマにより、約０．４Ｔｏｒｒの圧力下、５
００ワットのＲＦ電源出力で６０秒、粗面化処理する。

【０２７８】続いて、この水素含有アルゴンガスプラズ
マで粗面化処理されたチップを、４弗化炭素４０〜６０
容量％含有アルゴンガスプラズマにより約０．４Ｔｏｒ
ｒの圧力下、５００ワットのＲＦ電源出力で３０秒、表
面改質処理する。

【０２７９】このように処理した基板上にチップをマウ
ントし、これらを酸素濃度１００ppm 程度に保たれた窒
素雰囲気リフロー炉Ｃ1 内に搬入してリフローした結
果、フラックスを用いなくとも、良好なはんだ接合が得
られた。

【０２８０】（実施例４）基板を、水素７容量％含有ア
ルゴンガスプラズマにより、約０．４Ｔｏｒｒの圧力
下、６００ワットのＲＦ電源出力で１２０秒、粗面化処
理する。

【０２８１】続いて、この水素含有アルゴンガスプラズ
マで粗面化処理された基板を、４弗化炭素６０容量％含
有酸素ガスプラズマにより約０．４Ｔｏｒｒの圧力下、
６００ワットのＲＦ電源出力で６０秒、表面改質処理す
る。

【０２８２】このように処理した基板上に、未処理のチ
ップをマウントした後、酸素濃度１００ppm 程度に保た
れた窒素雰囲気リフロー炉Ｃ1 内に搬入してリフローし
た結果、フラックスを用いなくとも、良好なはんだ接合
が得られた。

【０２８３】

【発明の効果】本発明のバンプ形成方法によれば、処理
対象物の表面に堆積した軟質はんだ合金に水素含有プラ
ズマを照射し、軟質はんだ合金中の水酸化物や酸化物を
除去するから、リフロー時に融材を必要とすることな
く、電子部品における機械的・電気的接続端子としての
バンプを形成でき、後洗浄も必要としない。

【０２８４】本発明のはんだ接合方法によれば、水素含
有プラズマの照射された処理対象物の表面の軟質はんだ
合金と、接合相手物の表面とを接触させてリフローする
ことで、後洗浄を必要とする融材を用いることなく、バ
ンプの形成と、はんだ接合とを同時に行うことができ
る。

【０２８５】本発明のバンプ形成装置によれば、少なく
とも水素含有プラズマを発生させるプラズマ発生手段、
プロセスガスのガス供給手段および少なくとも水素含有
プラズマ中に処理対象物を曝す処理対象物曝し手段によ
り、処理対象物の軟質はんだ合金に水素含有プラズマを
照射し、軟質はんだ合金中の水酸化物や酸化物を除去
し、さらに加熱手段により真空中でリフローすることに
より、リフロー時の軟質はんだ合金の再酸化を防ぐこと
が可能であるから、軟質はんだ合金のリフロー時に融材
を必要とせず、そのためはんだバンプ形成後の融材の洗
浄工程を排除でき、融材の洗浄による環境問題を解決で
きる。

【０２８６】本発明のはんだ接合装置によれば、前記バ
ンプ形成装置によりプラズマ処理された処理対象物の表
面と、接合相手物の表面とを位置決め手段により位置決
めして接触させ、加熱手段により軟質はんだ合金の皮膜
をリフローすることで、後洗浄を必要とする融材を用い
ることなく、処理対象物の表面にバンプを形成すると同
時に、そのバンプを接合相手物の表面にはんだ接合でき
る。

【０２８７】また、本発明のバンプ形成方法、はんだ接
合用前処理方法、はんだ接合方法によれば、処理対象物
上に堆積された軟質はんだ合金の表面や、処理対象物に
形成された軟質はんだ合金のはんだバンプの表面を粗面
化することで、その後の表面改質を短時間化でき、チッ
プや回路基板などの損傷を防止でき、また、表面改質で
形成された弗素を含有する層は、はんだ濡れ性を良くす
るとともに、はんだ表面の再酸化を防止するため、軟質
はんだ合金を用いても、リフロー工程時にフラックスを
必要とせず、このため後洗浄工程を排除できる。

【０２８８】さらに、本発明のバンプ形成装置、はんだ
接合用前処理装置、はんだ接合装置によれば、処理対象
物上に堆積された軟質はんだ合金の表面や、処理対象物
に形成された軟質はんだ合金のはんだバンプの表面を、
表面粗面化機構により粗面化することで、その後の表面
改質を短時間化でき、チップや回路基板などの損傷を防
止でき、また、表面改質機構による表面改質処理で形成
された弗素を含有する層は、はんだ濡れ性を良くすると
ともに、はんだ表面の再酸化を防止するため、軟質はん
だ合金を用いても、加熱溶融部でのリフロー工程時にフ
ラックスを必要とせず、このため後洗浄工程を排除でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るバンプ形成装置の第１実施形態を
示す断面図である。

【図２】本発明に係るバンプ形成装置の第２実施形態を
示す断面図である。

【図３】本発明に係るバンプ形成装置の第３実施形態お
よびはんだ接合装置の一実施形態を示す断面図である。

【図４】本発明に係るバンプ形成装置の第４実施形態、
およびはんだ接合用前処理装置を含むはんだ接合装置の
他の実施形態を示す断面図である。

【図５】本発明に係るバンプ形成方法の実施形態を示す
断面図である。

【図６】本発明に係るはんだ接合用前処理装置を含むは
んだ接合装置のさらに別の実施形態を示す断面図であ
る。

【図７】はんだバンプによる種々のはんだ接合形態を示
す断面図である。

【符号の説明】

11 処理対象物としてのシリコンウエハ 15 処理対象物曝し手段としての保持治具 16 ガス回収手段としてのロータリポンプ 16a ガス回収手段としてのドライポンプ 21 プラズマ発生手段 22 電極 23 高周波電源 25 電極本体 26 供給口 27 貫通穴 31 ガス供給手段 36 加熱手段 37 光源としてのハロゲンランプ 38 反射鏡 42 反射板 51 プラズマ発生手段 55 高周波電源としてのマイクロ波電源 57 処理対象物としてのベアチップ 58 処理対象物曝し手段としてのマニュピレータ 63 接合相手物としての基板 64 位置決め手段 71 処理対象物 91 はんだバンプ 92 処理対象物としての樹脂基板Ａ1 表面粗面化機構Ｂ1 表面改質機構Ｃ1 加熱溶融部としての窒素雰囲気リフロー炉Ａ2 表面粗面化機構Ｂ2 表面改質機構Ｃ2 加熱溶融部としての窒素雰囲気リフロー炉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青木秀夫神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者土井一英神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理対象物の表面に軟質はんだ合金を堆
積し、この堆積された軟質はんだ合金に少なくとも水素含有プ
ラズマを照射し、少なくとも水素含有プラズマが照射された軟質はんだ合
金をリフローして処理対象物の表面に接続端子となるは
んだバンプを形成することを特徴とするバンプ形成方
法。
【請求項２】水素含有プラズマの照射およびリフロー
を、真空中で行うことを特徴とする請求項１記載のバン
プ形成方法。
【請求項３】リフローを、不活性ガス雰囲気および還
元性雰囲気の一方中で行うことを特徴とする請求項１ま
たは２記載のバンプ形成方法。
【請求項４】水素含有プラズマの照射を、軟質はんだ
合金の融点以下で行うことを特徴とする請求項１乃至３
のいずれかに記載のバンプ形成方法。
【請求項５】水素含有プラズマ発生用のプロセスガス
を、不活性ガスと、水素分子換算で３容量％以上８容量
％未満の水素含有率の水素ガスとを含む混合ガスとした
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のバ
ンプ形成方法。
【請求項６】プラズマ照射時間を２分未満としたこと
を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のバンプ
形成方法。
【請求項７】リフローを、真空中で輻射加熱により行
うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の
バンプ形成方法。
【請求項８】水素含有プラズマの照射後に、弗素含有
プラズマを照射することを特徴とする請求項１乃至７の
いずれかに記載のバンプ形成方法。
【請求項９】弗素含有プラズマは、アルゴンおよび酸
素の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項８記
載のバンプ形成方法。
【請求項１０】弗素含有プラズマの照射時間は６０秒
以内であり、弗素含有プラズマの照射温度は室温を含む
軟質はんだ合金の融点以下であることを特徴とする請求
項８または９記載のバンプ形成方法。
【請求項１１】リフロー時に、予加熱を１００℃以下
で行うことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに
記載のバンプ形成方法。
【請求項１２】リフロー後に、再度水素含有プラズマ
を照射することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれ
かに記載のバンプ形成方法。
【請求項１３】請求項１乃至１２のいずれかに記載さ
れたバンプ形成方法のリフロー時に、処理対象物の表面
の軟質はんだ合金を接合相手物の表面に接触させ、処理
対象物の表面と接合相手物の表面とをはんだ接合するこ
とを特徴とするはんだ接合方法。
【請求項１４】処理対象物の表面に設けられた軟質は
んだ合金により接続端子となるはんだバンプを形成する
バンプ形成装置であって、低圧下で少なくとも水素含有プラズマを発生させるプラ
ズマ発生手段と、このプラズマ発生手段にプロセスガスを供給するガス供
給手段と、少なくとも水素含有プラズマ中に処理対象物の表面の軟
質はんだ合金を曝す処理対象物曝し手段と、軟質はんだ合金を真空中でリフローする加熱手段とを具
備したことを特徴とするバンプ形成装置。
【請求項１５】プラズマ発生手段は、高周波電源と、この高周波電源に接続されプラズマを生成する電極とを
備え、電極は、プロセスガスの供給を受ける中空の電極本体と、電極本体の処理対象物とは反対側に穿設されたプロセス
ガスの供給口と、電極本体の供給口側から反対側に貫通形成された貫通穴
とを具備したことを特徴とする請求項１４記載のバンプ形
成装置。
【請求項１６】加熱手段は、処理対象物の裏面を輻射加熱する光源と、この光源の光束を調整する反射鏡とを具備したことを特
徴とする請求項１４または１５記載のバンプ形成装置。
【請求項１７】処理対象物を介してガス供給手段の反
対側に設けられ電極間で生成されたプラズマを処理対象
物に運ぶガス流れを形成するガス回収手段を具備したこ
とを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれかに記載の
バンプ形成装置。
【請求項１８】加熱手段は、プラズマに曝されない位置に設けられた輔射加熱用の光
源と、この光源から処理対象物に至る光路を形成する反射板と
を具備したことを特徴とする請求項１４乃至１７のいず
れかに記載のバンプ形成装置。
【請求項１９】不活性ガスと、水素分子換算で３容量
％以上８容量％未満の水素含有率の水素ガスとを含む混
合ガスをプロセスガスとして供給するガス供給手段を具
備したことを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか
に記載のバンプ形成装置。
【請求項２０】周波数１３．５６ＭＨｚおよび２．４
５ＧＨｚの一方の高周波電源を具備したことを特徴とす
る請求項１４乃至１９のいずれかに記載のバンプ形成装
置。
【請求項２１】プラズマ発生手段は、水素含有プラズマに加えて、アルゴンおよび酸素の少な
くとも一方を含む弗素含有プラズマを発生させることを
特徴とする請求項１４乃至２０のいずれかに記載のバン
プ形成装置。
【請求項２２】請求項１４乃至２１のいずれかに記載
されたバンプ形成装置と、プラズマに曝された処理対象物の表面の軟質はんだ合金
と接合相手物の表面とを位置決めして接触させる位置決
め手段と、軟質はんだ合金の皮膜をリフローして処理対象物の表面
と接合相手物の表面とをはんだ接合する加熱手段とを具
備したことを特徴とするはんだ接合装置。
【請求項２３】処理対象物上に堆積された軟質はんだ
合金の表面を粗面化し、粗面化された軟質はんだ合金の表面に、弗素を含有する
層を形成する表面改質を施し、表面改質された軟質はんだ合金をリフローして処理対象
物の表面に接続端子となるはんだバンプを形成すること
を特徴とするバンプ形成方法。
【請求項２４】粗面化は、水素を添加した不活性ガス
のプラズマ励起を用いることを特徴とする請求項２３記
載のバンプ形成方法。
【請求項２５】水素の添加量は、３容量％以上８容量
％未満であることを特徴とする請求項２４記載のバンプ
形成方法。
【請求項２６】不活性ガスは、アルゴンを用いること
を特徴とする請求項２４記載のバンプ形成方法。
【請求項２７】表面改質は、酸素およびアルゴンの少
なくとも一方を添加した弗素化合物の混合ガスのプラズ
マ励起を用いることを特徴とする請求項２３乃至２６の
いずれかに記載のバンプ形成方法。
【請求項２８】弗素化合物は、弗化炭素系化合物、六
弗化硫黄および三弗化窒素の少なくとも一つであること
を特徴とする請求項２７記載のバンプ形成方法。
【請求項２９】処理対象物に形成された軟質はんだ合
金のはんだバンプの表面を粗面化し、粗面化されたはんだバンプの表面に、弗素を含有する層
を形成する表面改質を施したことを特徴とするはんだ接
合用前処理方法。
【請求項３０】粗面化は、水素を添加した不活性ガス
のプラズマ励起を用いることを特徴とする請求項２９記
載のはんだ接合用前処理方法。
【請求項３１】水素の添加量は、３容量％以上８容量
％未満であることを特徴とする請求項３０記載のはんだ
接合用前処理方法。
【請求項３２】不活性ガスは、アルゴンを用いること
を特徴とする請求項３０記載のはんだ接合用前処理方
法。
【請求項３３】表面改質は、酸素およびアルゴンの少
なくとも一方を添加した弗素化合物の混合ガスのプラズ
マ励起を用いることを特徴とする請求項２９乃至３２の
いずれかに記載のはんだ接合用前処理方法。
【請求項３４】弗素化合物は、弗化炭素系化合物、六
弗化硫黄および三弗化窒素の少なくとも一つであること
を特徴とする請求項３３記載のはんだ接合用前処理方
法。
【請求項３５】処理対象物に形成された軟質はんだ合
金のはんだバンプの表面を粗面化し、粗面化されたはんだバンプの表面に、弗素を含有する層
を形成する表面改質を施し、粗面化および表面改質を施されたはんだバンプを有する
処理対象物と他の処理対象物とを接触させてリフローす
ることにより、複数の処理対象物をはんだ接合すること
を特徴とするはんだ接合方法。
【請求項３６】粗面化は、水素を添加した不活性ガス
のプラズマ励起を用いることを特徴とする請求項３５記
載のはんだ接合方法。
【請求項３７】水素の添加量は、３容量％以上８容量
％未満であることを特徴とする請求項３６記載のはんだ
接合方法。
【請求項３８】不活性ガスは、アルゴンを用いること
を特徴とする請求項３６記載のはんだ接合方法。
【請求項３９】表面改質は、酸素およびアルゴンの少
なくとも一方を添加した弗素化合物の混合ガスのプラズ
マ励起を用いることを特徴とする請求項３５乃至３８の
いずれかに記載のはんだ接合方法。
【請求項４０】弗素化合物は、弗化炭素系化合物、六
弗化硫黄および三弗化窒素の少なくとも一つであること
を特徴とする請求項３９記載のはんだ接合方法。
【請求項４１】処理対象物上に堆積された軟質はんだ
合金の表面を粗面化する表面粗面化機構と、粗面化された軟質はんだ合金の表面に弗素を含有する層
を形成する表面改質を施す表面改質機構と、表面改質された軟質はんだ合金をリフローして処理対象
物の表面に接続端子となるはんだバンプを形成する加熱
溶融部とを具備したことを特徴とするバンプ形成装置。
【請求項４２】表面粗面化機構は、プラズマ励起によ
って軟質はんだ合金の表面を粗面化するプラズマ励起機
構であり、このプラズマ励起機構と表面改質機構とを独立した異な
る雰囲気下で連続的に運転することを特徴とする請求項
４１記載のバンプ形成装置。
【請求項４３】処理対象物に形成された軟質はんだ合
金のはんだバンプの表面を粗面化する表面粗面化機構
と、粗面化されたはんだバンプの表面に弗素を含有する層を
形成する表面改質を施す表面改質機構とを具備したこと
を特徴とするはんだ接合用前処理装置。
【請求項４４】表面粗面化機構は、プラズマ励起によ
って軟質はんだ合金の表面を粗面化するプラズマ励起機
構であり、このプラズマ励起機構と表面改質機構とを独立した異な
る雰囲気下で連続的に運転することを特徴とする請求項
４３記載のはんだ接合用前処理装置。
【請求項４５】表面粗面化機構は、機械的に軟質はん
だ合金の表面を粗面化するものであることを特徴とする
請求項４３記載のはんだ接合用前処理装置。
【請求項４６】処理対象物に形成された軟質はんだ合
金のはんだバンプの表面を粗面化する表面粗面化機構
と、粗面化されたはんだバンプの表面に弗素を含有する層を
形成する表面改質を施す表面改質機構と、粗面化および表面改質を施されたはんだバンプを有する
処理対象物と他の処理対象物とを接触させてリフローす
ることにより複数の処理対象物をはんだ接合する加熱溶
融部とを具備したことを特徴とするはんだ接合装置。
【請求項４７】表面粗面化機構は、プラズマ励起によ
って軟質はんだ合金の表面を粗面化するプラズマ励起機
構であり、このプラズマ励起機構と表面改質機構とを独立した異な
る雰囲気下で連続的に運転することを特徴とする請求項
４６記載のはんだ接合装置。
【請求項４８】表面粗面化機構は、機械的に軟質はん
だ合金の表面を粗面化するものであることを特徴とする
請求項４６記載のはんだ接合装置。